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信号是什么？
为什么要有信号？
信号是如何产生的？
kill命令
键盘产生信号
系统调用
kill系统调用
raise函数
abort函数
自制kill命令
编辑
软件条件
举例一：
举例二：
举例三：
异常
除0操作被发送信号原理
野指针问题使程序崩溃原理
异常信号的自定义
信号产生的几个问题
问题一：操作系统怎么知道键盘按键被按下，然后去读取字符或者控制命令(ctrl+c等)？
问题二：信号产生后写入task_struct中，但是task_struct是内核数据结构，用户可以写吗？
信号是什么？
信号是Linux提供的使用户(进程)给其他进程发送异步信息的一种方式。
我们可以先给出这样几个结论：
- 在信号还没有发送给当前进程时，当前进程已经知道当一个信号发送过来时，该如何处理这个信号
- 信号应该被提前设置好，而进程中有识别信号的方式，直到如何进行处理。
- 信号在发送过来时，如果进程在执行重要的代码时，信号应当进行临时保存。
- 信号到来时，不一定要立即处理。
- 信号的产生是随机的，我们无法准确预测信号何时发送过来，所以信号是异步发送的。
- 同步：在同步操作中，一个任务需要等待前一个任务完成后才能开始，也就是说，任务必须按照某种顺序一步一步来执行，后一个任务依赖前一个任务的结果
- 异步：在异步操作中，任务可以不必等待前一个任务完成就立即开始，异步操作不依赖于之前任务是否完成，只是简单地启动任务，然后让操作系统在后台处理任务，它不会阻塞程序的后续执行
因为我们不知道信号是何时发送的，并且信号的发送并不依赖于要给到信号的进程，所以信号的发送不必等待进程执行完一个任务，而是在进程执行过程中，进程执行他的，信号发送他的，各自做各自的事情，两者并发执行。
我们可以来看看常见的信号：
后面的信号这里剪掉了，他们是实时信号，我们要介绍的是分时操作系统，所以不对实时信号做解释。
信号的名字和编号都可以标识信号，他的名字就是宏，没有0号信号，也没有32,33号信号，对信号的学习涉及三个阶段：产生，保存，处理，本节我们着重介绍信号的产生。
简单介绍信号的处理方式：
- 默认动作，即默认设定的动作。
- 自定义动作，用户设定的动作。
- 忽略。
自定义动作通过signal系统调用实现：
用法我们在后面会谈到。
为什么要有信号？
因为系统要求进程能够有随时响应外部信号的能力，能够做出反应，停止或者终止等等。
信号是如何产生的？
kill命令
kill -9 pid 杀掉一个进程 （也可以kill -SIGKILL pid）
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;
int main()
{
while(true)
{
cout << "进程pid: " << getpid() << endl;
sleep(1);
}
return 0;
}
kill -2 pid 终止一个进程
键盘产生信号
比如ctrl + c, ctrl + \,都可以使一个进程退出，这里我们不卖关子，直接挑明，其实这两个控制命令会被解释成为信号，ctrl + c会被解释为2号信号，也就是终止一个进程，ctrl + \会被解释为3号信号，也是终止进程。
我们这里总是谈到几号信号可以终止进程，我们是怎么知道的？手册。
man 7 signal 一直往下翻就可以看到
我们还可以看到的同样是终止进程，但是他们的动作有Term和Core，其他信号的动作也有Stop，Ign(忽略)，我们后面会着重谈到Term和Core的区别。
系统调用
kill系统调用
int kill(pid_t pid, int sig); sig可以填编号，亦可以写宏名
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;
int main()
{
int cnt = 0;
while(true)
{
if(cnt++ == 3) kill(getpid(),9);
cout << "进程pid: " << getpid() << endl;
sleep(1);
}
return 0;
}
raise函数
int raise(int sig); 给当前进程进行使用
kill系统调用可以使一个进程给其他进程发送信号，而raise只能用于当前进程，给自己发送信号。
int main()
{
int cnt = 0;
while(true)
{
if(cnt++ == 3) raise(9);
cout << "进程pid: " << getpid() << endl;
sleep(1);
}
return 0;
}
abort函数
这个也是进程终止，但是主要是用于出现异常时使用。
我们不难猜到，后面两个函数底层封装了kill系统调用。
自制kill命令
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <cerrno>
#include <cstring>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
if(argc != 3)
{
cout << "Usage: " << argv[0] << "-信号 pid" << endl;
}
int sig = atoi(argv[1] + 1);
int pid = atoi(argv[2]);
int val = kill(pid,sig);
if(val < 0)
{
cout << "errno: " << errno << strerror(errno) << endl;
}
return 0;
}
软件条件
管道中有这样一种情况：读端关闭后，写端进程会被终止，被发送信号为：13 SIGPIPE。什么叫做软件条件呢？就是说，首先他是个软件，什么是软件？就是我们编写的代码，管道是不是编写的代码? 是，所以他是软件，那么他被发送信号的条件是什么？读端关闭，所以叫做软件条件。
这里我们再介绍一种软件条件：闹钟
调用alarm函数可以设定一个闹钟,也就是告诉内核在seconds秒之后给当前进程发SIGALRM信号, 该信号的默认处理动作是终止当前进程 。
这个函数的返回值是0或者是以前设定的闹钟时间还余下的秒数，我们举例来理解。
举例一：
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;
int main()
{
alarm(1);
int cnt = 0;
while(true)
{
cout << "cnt: " << cnt++ << endl;
}
return 0;
}
我们发现cnt仅仅加到6万多，是不是太少了？我们现在来介绍自定义处理信号：
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;
//这里不写exit进程不退的原因是while循环，
//进程只收到了一次信号(不同于异常)。
int cnt = 0;
void handler(int signum)
{
cout << "cnt: " << cnt << endl;
exit(0);
}
int main()
{
signal(SIGALRM,handler);
alarm(1);
while(true)
{
cnt++;
}
return 0;
}
signa仅仅是设置，只有在进程收到信号时，才会去执行这个自定义处理方法。
从这里也可以看出，IO的消耗还是很大的。
举例二：
我们能不能让闹钟一直响，而不是响一次就不响了？
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;
void handler(int signum)
{
cout << "闹钟响了，梦醒了" << endl;
alarm(2);
}
int main()
{
signal(SIGALRM,handler);
alarm(2);
while(true)
{
cout << "恋爱循环" << endl;
sleep(1);
}
return 0;
}
逻辑是这样的，首先我们signal自定义设置信号处理方式，然后调用alarm，2秒后调用自定义方法，而自定义方法中又设了闹钟，这样的方式，我们可以让闹钟响我们想要的时长。
举例三：
这里我们来解释返回值问题。
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;
void handler(int signum)
{
cout << "闹钟响了，梦醒了" << endl;
int handler_val = alarm(2);
cout << "handler_val: " << handler_val << endl;
}
int main()
{
signal(SIGALRM,handler);
alarm(50);
while(true)
{
cout << "恋爱循环" << getpid() << endl;
sleep(1);
}
return 0;
}
我们设置了50秒后响闹钟，现在我们提前使闹钟响，那么他会返回距旧闹钟响的剩余时间，并按照新的设置去响闹钟。 如果正常响闹钟，剩余时间就是0。
那么怎么理解闹钟也是个软件条件呢？
alarm是个系统调用，闹钟的设定是在操作系统内部的，并且操作系统内部可能不止一个闹钟，那么操作系统该如何管理这些闹钟呢？先描述，再组织，所以在操作系统内部，应该是这样一个结构：
并且以按照过期时间以最小堆的方式进行组织，过期时间是按照当前时间的时间戳+设置的时间，当过期时间到了的时候，操作系统会找到对应的进程的进程控制块发送SIGALRM信号。
所以我们说，alarm是软件条件，条件就是过期时间。
异常
我们的除0操作，野指针问题，都是异常，除0操作会发送8号信号SIGFPE，野指针操作会发送11号信号SIGSEGV，也就是段错误。
除0操作被发送信号原理
我们需要介绍到，CPU中有一套寄存器，其中有一个寄存器叫做标志寄存器，里面有一个溢出标志位，当计算的值过大溢出，这个标志位就会被置1，如果计算结果可信，那么就是0。
当这个标志位被标记为1时，会给到操作系统，操作系统就会向这个进程发送SIGFPE信号。
野指针问题使程序崩溃原理
CPU中存在一套寄存器，其中CR2记录页故障地址，CR3保存页表地址，MMU是内存管理单元，他和操作系统一起将虚拟地址转换为物理地址。
我们上面想要对虚拟地址为0的空间写入6这个值，我们需要主要到的是，虚拟地址空间中，低地址的位置通常都只有读权限，不允许修改，甚至虚拟地址空间的范围不包括0地址，那么我们想用0号虚拟地址去转换一个物理地址，这是不合法的，于是转换失败，失败信息填入CR2，交由操作系统，操作系统给当前进程发送SIGSEGV信号。
异常信号的自定义
异常信号的自定义，如果不写退出函数，那么可能会发生这样的事情：
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
using namespace std;
void handler(int signum)
{
cout << "handler" << endl;
sleep(1);
}
int main()
{
signal(SIGFPE,handler);
int a = 10;
a /= 0;
return 0;
}
也就是说，程序不会退出，会一直执行handler，这是因为，CPU在执行进程代码时，寄存器里的那些数据是属于进程的，而CPU执行出了异常，对异常进行了捕捉，而我们自定义的异常处理方法只是打印一句话，异常信息没有被处理，那么当前进程就不退出了，当前进程的上下文就要进行保留，操作系统还要正常跑，还要进行正常的进程调度，那么就要进行对进程上下文的保护和恢复，当下一次对该进程恢复数据时，标志位寄存器上的异常仍然在，那么继续捕捉，打印一句话，异常未被处理，进程仍然不退，所以就这样，一直进行打印。
而怎么处理异常信息呢？我们直接exit使进程退出即可，那么寄存器里关于这个进程的数据和异常信息也就废弃了，操作系统也就不会维护了。
这样的道理在野指针上也是同样的。
信号产生的几个问题
问题一：操作系统怎么知道键盘按键被按下，然后去读取字符或者控制命令(ctrl+c等)？
首先，键盘是硬件，这些硬件在主板上是和CPU连接的，即使是外置，也提供了USB口。
再一个，CPU上有一些针脚，每个针脚有一个编号，我们叫做中断号，键盘对应的中断号是2，那么，在我们按下键盘上的按键时，会向CPU上的针脚发送高电频，于是CPU就将2号编号写到reo寄存器中，操作系统在识别到后，就知道键盘被按下了。
操作系统在开机时，会维护一个中断向量表，其实就是一个函数指针数组，里面也就是各种方法，在操作系统识别到键盘被按下后，通过中断号，在中断向量表中找到读取键盘数据的方法，将数据读上来后进行判定，如果是普通字符，那么就写到键盘struct file的内核缓冲区，再由用户通过进程的方法读上去，如果是控制命令，就由操作系统解释成信号发送给进程。
什么叫做解释成信号？我们一开始说过常见的31个信号，我们通过task_struct中的一个位图来进行维护，解释成信号也就是说写进这个位图中进行保存，本章节我们简单说一说信号保存和处理，后面我们会做详细介绍。
问题二：信号产生后写入task_struct中，但是task_struct是内核数据结构，用户可以写吗？
用户当然不可以写，这种事情只能由操作系统来完成，但是用户也想写怎么办？那么就由操作系统提供系统调用。
现在，我们来看看产生信号的五种方式：
kill命令，我们也实现过，也是调用的kill系统调用；软件条件，不管是alarm还是管道，调用的也都是系统调用，异常也是如此。也就是说，信号的产生，本质上就是一种：系统调用。
Core和Term的区别下节在信号的保存会解释。
